Le scienze polari al servizio del GPS

Migliorare la precisione del posizionamento satellitare in Antartide per lo sviluppo di nuove applicazioni tecnologiche e indagini scientifiche. È l’obiettivo del progetto internazionale DemoGRAPE, coordinato dall’Ingv.
Sviluppare un prototipo di servizio, destinato alle comunità scientifiche e tecnologiche, in grado di migliorare la precisione dei sistemi di posizionamento satellitare in Antartide. È quanto si propone di realizzare DemoGRAPE, il progetto internazionale, finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’università e della ricerca (Miur), nell’ambito del Programma Nazionale di Ricerca in Antartide (PNRA). L’indagine, coordinata dall’Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (Ingv), vede il coinvolgimento del Dipartimento di elettronica e telecomunicazioni del Politecnico di Torino e dell’Area di ricerca ACE dell’Istituto Superiore “Mario Boella”, e la collaborazione dell’Istituto nazionale per la ricerca Spaziale-INPE (Brasile) e dell’Agenzia spaziale Sudafricana-SANSA (Sud Africa), che offriranno ospitalità nelle loro basi antartiche. “DemoGRAPE, avviato lo scorso 28 maggio, deve il suo nome al gruppo di esperti che ne ha ispirato la creazione”, spiega la ricercatrice dell’Ingv e coordinatrice del progetto, Lucilla Alfonsi. “L’iniziativa nasce proprio da GRAPE (GNSS Research and Application for Polar Environment, http://www.grape.scar.org/), Expert Group riconosciuto dallo Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR, www.scar.org), organismo internazionale che si occupa di stimolare, sviluppare e coordinare la ricerca scientifica in Antartide”. L’obiettivo è sviluppare il prototipo di un servizio destinato alle comunità scientifiche e tecnologiche che si affidano a sistemi di posizionamento satellitare GNSS (Global Navigation Satellite Systems) sia per indagini scientifiche sia per applicazioni tecnologiche. “Tali sistemi possono definire la posizione di un oggetto con una incertezza che si colloca al di sotto del centimetro. E il calcolo preciso della posizione dipende anche dalla qualità del segnale satellitare ricevuto a terra. Tra i fattori naturali che possono influenzarne la qualità, è il passaggio dei segnali satellitari in una particolare regione dell’atmosfera, la ionosfera. Un effetto che aumenta alle latitudini polari, dove la ionosfera risulta spesso perturbata a causa della configurazione del campo magnetico terrestre che favorisce l’ingresso in atmosfera di particelle energetiche di origine solare”, aggiunge la ricercatrice. Quindi, nelle regioni polari, il posizionamento GNSS ad alta precisione deve tenere conto di questo disturbo ionosferico sui segnali ricevuti a terra, che, anche in assenza di eventi perturbativi solari, si traduce in errori dell’ordine di decine di metri, fino a una totale perdita della ricezione del segnale in condizioni di ionosfera disturbata.
“Oggi i sistemi di posizionamento satellitare vengono usati per una vasta gamma di applicazioni”, continua Alfonsi. “Il più noto è il sistema statunitense GPS (Global Positioning System), sebbene anche l’Europa si stia dotando di uno proprio, Galileo. Per citarne alcune: l’assistenza al volo in fase di atterraggio, di decollo e di movimentazione in zone aeroportuali; il posizionamento delle perforazioni per lo sfruttamento delle risorse naturali; il monitoraggio di spostamenti di manufatti o di strutture naturali (es. ghiacciai, rocce). Diverse sono anche le indagini scientifiche basate sui dati dei sistemi di navigazione satellitare, come la previsione degli effetti perturbativi delle tempeste solari sulla Terra (meteorologia spaziale); lo studio della dinamica della crosta terrestre e della calotta polare; la misura della concentrazione di vapore acqueo nell’atmosfera”. Viste le peculiarità della ionosfera polare, i modelli attualmente utilizzati alle medie latitudini risultano inadeguati. “Da qui la necessità di effettuare misure reali della ionosfera, prese sul campo, per descrivere gli effetti di disturbo e consentire il calcolo del posizionamento ad alta precisione”, prosegue Alfonsi. Il trattamento dei dati, innovativo e basato su piattaforma cloud, consentirà la condivisione dei risultati tra ricercatori, soggetti pubblici (corpi militari, società statali, etc.) e privati (compagnie petrolifere, società di servizi, etc.). Il progetto avrà una durata di due anni e svolgerà campagne di misura in occasione delle spedizioni previste per il 2015-2016 presso le basi antartiche scientifiche sudafricana di Sanae IV e brasiliana di EACF. “Il contesto internazionale e gli aspetti innovativi di DemoGRAPE costituiranno un’importante eredità che vedrà il PNRA, e, quindi, l’Italia, pioniere nell’ambito dei potenziali servizi dedicati ad assistere le operazioni GNSS in Antartide”, conclude la ricercatrice.